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【肠道菌群与健康】版主：吴影
河南科技大学古绍彬教授团队：Heyndrickxia coagulans BC99体内外安全性的综合基因组分析与评价
《Scientific reports》，IF：3.8
●Heyndrickxia coagulans（Bacillus coagulans, Weizmannia coagulans）是一种安全且可消耗的益生菌菌株，可用于发酵过程和饲料添加剂。研究表明，Heyndrickxia coagulans可通过调节脂质代谢、对抗氧化应激和防止内皮损伤来缓解动脉粥样硬化。与乳杆菌和双歧杆菌相比，孢子形成细菌在不利条件下表现出更大的稳定性。Heyndrickxia coagulans的益生菌功效以及生产、储存和消费过程中稳定性的特点，使其成为功能食品和药物制剂的理想候选物。Heyndrickxia coagulans BC99来源于健康婴儿粪便中，已有研究评估了其在幽门螺杆菌治疗、改善结肠炎和缓解便秘等方面的疗效，但通过生物信息学、体外和体内研究对其安全性和功能的系统评估仍然有限。尽管初步研究结果表明，参与这些评估的动物或人类受试者没有不良反应，但Heyndrickxia coagulans的整体安全性和功能评估仍未得到充分解决。
河南科技大学古绍彬教授团队2024年10月在【Scientific reports】杂志上发表题为 “Comprehensive genomic analysis and evaluation of in vivo and in vitro safety of Heyndrickxia coagulans BC99”的研究成果，对BC99的安全性和生物学特性进行了全面验证，为其在功能食品和药物配方中的应用提供了坚实的理论基础。
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成果介绍
（1）全基因组测序
H. coagulans BC99全基因组序列由一条单环状染色体组成，共3655496个碱基对，平均GC含量为46.23%，未检出质粒。Bakta对BC99进行基因预测分析，共发现3466个基因，其中编码序列（CDSs）为3357条，其中蛋白质编码序列为3273条，占CDSs总数的97.5%。另外，编码RNA的基因有109个，其中rRNA 27个，tRNA 77个，ncRNA 5个。16 S rRNA序列比对结果显示，BC99与ATCC 7050的16 S rRNA序列有99.06%的相似性，超过97%的阈值35，从而确认BC99属于Heyndrickxia coagulans。通过毒力因子和抗性基因数据库比对，未发现BC99的相关抗性基因，相似度>70%，序列覆盖率>70%为筛选标准，筛选出7个潜在毒力相关基因，分别为gnd、clpP、clpC、tufA、groEL、bpsC和bpsD。GO注释结果显示，在生物过程类别中，大多数基因参与生物调控和代谢过程。在细胞组分类别中，基因的功能主要集中在蛋白质复合物和细胞解剖单位上。在分子功能方面，大多数基因参与结合和催化活性。
KEGG标注结果显示在基因数最多的20条通路中，大部分与代谢有关，特别是与多种氨基酸的合成有关。基因最多的代谢途径是ABC转运体，其他途径包括双组分系统、磷酸转移酶系统（PTS）、群体感应和鞭毛自组装调节途径，如鞭毛组装。
图1 Heyndrickxia coagulans BC99全基因组测序及基因簇分析
（2）BC99基因簇
AntiSMASH分析显示BC99中存在多个基因簇，包括T3PKS和两个核糖体合成和翻译后修饰肽（RiPP）样基因簇。其中，一个仍未确定，而另一个显示50%的相似性amylocyclicin。此外，还检测到一种NRP， fengycin。BAGEL4分析证实了两种环状肽的存在，circularin_A和amylocyclicin。
图2使用antiSMASH和BAGEL4 web工具对基因组数据进行注释
（3）BC99的体外安全性分析
溶血试验显示，哥伦比亚血琼脂培养的BC99菌落无溶血活性。在抗生素药敏试验中，BC99对庆大霉素、氨苄西林、氯霉素、环丙沙星、克林霉素、红霉素、亚胺培南、四环素、甲氧苄啶-磺胺甲恶唑、利福平、万古霉素等抗生素均表现出全面的敏感性，MIC值始终低于2 μg/mL，表明BC99具有良好的抗生素药敏特征。用不同浓度的BC99菌悬液与HT- 29细胞共培养进行细胞毒性实验，结果表明，除了在107 CFU/mL的浓度下，细胞活力均高于100%，表明细胞毒性可以忽略不计。细胞粘附实验显示BC99对HT-29细胞的粘附能力显著，平均每100个细胞（40±11）CFU，支持其体外安全性的可信度。
图3 H. coagulans BC99体外安全性评价
（4）BC99体内安全性评价
在急性口服毒性研究中，雄性和雌性小鼠均表现出与对照组相似的体重持续增加，14天内没有死亡，表明在8×108 CFU/mL浓度下BC99无毒。
图4 Heyndrickxia coagulans BC99体内外安全性的综合基因组分析与评价
在为期28天的亚急性口服毒性研究中， BC99给药没有引起血液学紊乱。生化分析显示，除高剂量雄性组AST水平和肝器官指数有统计学意义（p<0.05）外，各剂量组的大多数参数无显著差异，表明存在肝脏局部反应，无全身效应。
Fig. 5. H. coagulan BC99的体内安全性评价，亚急性口服毒性试验
● 创新性/应用前景
该文章综合基因组测序分析、生理生化实验以及体外和体内安全性研究验证了H. coagulans BC99是一种具有基本安全特性的益生菌产品，适合作为食品和药品的成分使用，为其在功能食品和药物配方中的应用提供了坚实的理论基础。然而，为了充分确定其安全性和功能性，未来的研究应包括更广泛的基础安全性调查和功能验证试验。
参考文献
https://doi.org/10.1038/s41598-024-78202-y
专家/团队介绍
吴影，副教授，硕士生导师，河南科技大学教学名师，主要从事益生菌与营养健康领域研究。主持和参与国家、省级项目10余项；主持河南省研究生质量提升工程、河南省专创融合特色示范课程，获河南省研究生教学成果一等奖。获河南省科技进步一等奖、河南省科技进步三等奖、中国商业联合会一等奖、中国食品工业协会一等奖、中国食品科学与技术学会二等奖、中国轻工联合会二等奖。发表论文50余篇，其中SCI/EI收录论文30余篇，授权发明专利15件，出版教材著作3部。
古绍彬，教授，博士生导师，河南科技大学食品与生物工程学院院长，食品微生物河南省工程技术研究中心主任，河南省高校青年骨干教师，洛阳市优秀科技杰出人才；兼任河南省生物工程类专业教学指导委员会委员，河南省食品科学技术学会副理事长、河南省农产品加工与贮藏工程学会副理事长，河南省生物工程学会理事。河南省教学名师、河南省教育系统优秀共产党员、河南省优秀硕士学位论文指导教师、洛阳市优秀杰出人才、洛阳市优秀教师。主持河南省研究生优质课程、河南省一流课程、精品在线开放课程等，获河南省教学成果一等奖。主持完成国家自然基金、省自然基金等省部级项目20余项。获河南省科技进步三等奖、中国商业联合会一等奖、中国轻工业联合会科技进步二等奖等奖励，河南省教学成果一等奖等。发表学术论文200余篇，其中SCI、EI收录80余篇，出版教材著作5部，申报国家发明专利40项，授权发明专利22项。
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